Trenutna senzorska rješenja u ev / hev baterijama

Tržište električnih vozila poprima prilično brzo širom svijeta. Procjene pokazuju da će broj električnih vozila na cestama širom svijeta doseći 125 milijuna do 2030. Globalno tržište električnih vozila (EV) i hibrida. Za kontrolu protoka energije i optimizaciju učinkovitosti u podsustavima pogonskog sklopa HEV / EV, poput pretvarača vuče, ugrađenih punjača (OBC), pretvarača istosmjerne i istosmjerne struje i sustava upravljanja baterijama (BMS), neophodno je precizno i ​​točno mjerenje struje. Ovi visokonaponski podsustavi trebaju mjeriti velike struje pri visokim naponima zajedničkog moda. Iz tehničkih i regulatornih razloga, trenutna mjerenja zahtijevaju izolaciju, kao i vrlo visoke performanse u teškim automobilskim uvjetima.

Tipične konfiguracije električnih vozila u Indiji su kako slijedi:

i) dvotočkaš

1. Napon akumulatora = 48V, 72V
2. 1kW, 2kW motor

ii) trotočkaš

1. Napon akumulatora = 48V, 72V
2. 2kW, 4kW motor

iii) četverotočkaš i autobus

1. Napon akumulatora = 72V, 400V, 600V
2. 20kW do 300kW

Jedna od ključnih značajki sigurnog električnog vozila je prikupljanje podataka i poduzimanje brzih mjera lokalnog odgovora na temelju tih podataka. Jedna od takvih podataka koja je vrlo važna i ključna za sigurnost je struja koja teče kroz razne podsustave električnog vozila.

Trenutno osjetljivo električno vozilo možemo podijeliti u 3 kategorije kako je prikazano dolje:

1. Zaštita od prekomjerne struje u stvarnom vremenu

1. Vučni pogoni:
2. Sklop kruga zaštite baterije:

2. Nadzor struje i snage za optimizaciju sustava

1. Mjerenje baterije
2. Potrošnja energije sustava
3. Servo upravljač

3. Mjerenje struje za krugove zatvorene petlje

1. Primjena motornog pogona:
2. DC / DC pretvarači

Ispod je pregled različitih rješenja tvrtke TI za trenutne primjene senzora. Os Y je uobičajeni mod napona tračnice kroz koju se osjeća struja, a os X stvarna amplituda izmjerene struje.

Kao što je prikazano na gornjoj slici, struja se može osjetiti kroz napon na malom otporu šanta ili se može mjeriti mjerenjem magnetskog polja koje stvara struja dok teče kroz vodič. U Ti pružamo rješenja za mjerenje struje pomoću obje gore spomenute metode.

Popis rješenja dostupnih od TI-a za trenutnu primjenu senzora možete vidjeti u nastavku:

Pogledajmo malo više detalja o svakom primjeru upotrebe trenutnog senzora i potražimo neka prikladna rješenja dostupna od strane TI-a za iste.

1. Zaštita od prekomjerne struje u stvarnom vremenu

Ovaj se slučaj upotrebe općenito vidi u EV-u sa sigurnosne perspektive. Budući da baterije mogu isprazniti ogromne količine struje tijekom pojave kvara, posjedovanje krugova za nadzor kvara u stvarnom vremenu postaje vrlo važno. Brzina i točnost takvog sklopa značajka je trenutnog osjetilnog pojačala. U nekim prilikama, jer uC ima ograničenu širinu pojasa, uzorkovanje analogne vrijednosti struje - pretvaranje u digitalnu vrijednost praćeno digitalnom usporedbom vrijednosti radi otkrivanja pretjerane struje uzrokuje veliko kašnjenje u zaštitnom krugu. Kako bi se riješio ovog problema, TI je smislio trenutno pojačalo s integriranim komparatorima čiji se prag može postaviti i koji se može izravno uvesti u prekidni klin uC što uzrokuje veliko smanjenje preopterećenja uC.

Neka od rješenja tvrtke TI za zaštitu od prekomjerne struje su:

Vrlo dobar primjer ovog slučaja je korištenje trenutnog pojačala kao E osigurača, kao što je prikazano dolje:

2. Nadzor struje i snage za optimizaciju sustava

Nadzor struje i snage obično se provodi u sustavima električnih vozila kako bi se nadzirala ukupna potrošnja struje iz baterije i tako vozaču u stvarnom vremenu pružaju informacije o napunjenosti koja je ostala u bateriji vozila pomoću algoritama poput brojanja kulona. Osim gore navedenog slučaja uporabe, nadzor struje u vozilima koristi se u različitim podsustavima poput servo upravljača, električnih prozora i sličnih područja. TI ima širok portfelj što se tiče nadzora struje i napajanja.

Kao što je gore spomenuto, jedno od ključnih područja fokusiranja je promatranje struje koja ulazi i izlazi iz baterijskog sklopa kako bi se prebrojali kuloni i izračunalo preostalo trajanje / punjenje baterije. TI-ov INA299 ističe se po takvoj primjeni zbog visoke razine integriteta, zajedno s velikom preciznošću i malom potrošnjom mirovanja. U nastavku možemo vidjeti tipični blok dijagram BMS-a s INA299. Za više detalja i tehničke dokumente posjetite mapu proizvoda INA299 na ti.com.

3. Mjerenje struje za krugove zatvorene petlje

Zbog prisutnosti višestrukih napona dostupnih u električnom vozilu, u stablu napajanja možete pronaći čitav niz kombinacija pretvarača dovodnika i pojačivača. Neki od vrlo istaknutih blokova napajanja u tipičnom električnom vozilu su ugradni punjač, ​​BLDC (pokretači vučnog motora), pretvarač od 48 do 12 V itd. Kako se upravljačka petlja u svim ovim napajanjima velike snage vrši pomoću uC, mjerenje visoke preciznosti, mala struja latencije postaje od primarne važnosti za implementaciju petlji upravljanja vršnom strujom. Za takvu primjenu potreban je senzor struje s vrlo velikom širinom pojasa za mjerenje preklopne struje, izlazne struje kako bi kontrola brzo poduzela radnje.Sljedeći vrhunac takvih trenutnih senzora koji se koriste u upravljanju motornim pogonima je sposobnost senzora da odbijaju šum uobičajenog načina rada na visokoj frekvenciji (odbacivanje PWM-a).

Za primjere, INA253 se u ovoj aplikaciji ističe s vodećom CMRR s 93 db čak i pri 50 kHz. Ispod je prikazana tipična shema koja se koristi za linijsku primjenu struje

Texas Instruments nudi najbolja u klasi izolirana pojačala i izolirane modulatore koji pomažu u postizanju vrlo preciznih izoliranih mjerenja struje preko temperature kada su upareni s visoko preciznim šantovima. TI je osmislio novu seriju izoliranih pojačavača struje nazvanih AMC serija koja pomažu dizajniranoj izmjeri struje s velikom točnošću s izolacijskom barijerom od 2 kVrms.

TI ima dobru kolekciju dubokih pogonskih treninga na temu „ Početak rada s pojačalima trenutnog osjeta “ koji će inženjerima pomoći da nauče kako maksimizirati postignute performanse pri mjerenju struje pojačalom osjetnika struje. Ovo je serija kratkih videozapisa, a svaki obrađuje drugu temu.

Sveukupno trening bit će podijeljen u tri dijela

• Osnove
• Razumijevanje izvora pogrešaka
• Napredne teme

Svim videozapisima s TI treninga možete pristupiti slijedeći vezu.

O autorima

Gospodin Shreenidhi Patil je inženjer analogne primjene u Texas Instrumentsu koji se uglavnom fokusira na mrežno mjerenje, nadolazeće tržište električne energije i stanice za punjenje EV.

Gospodin Mahendra Patel započeo je svoju karijeru u industriji poluvodiča s Texas Instrumentsom prije 6 godina. Kao terenski inženjer podržava više kupaca i primjenu u automobilskom sektoru. Uživa radeći na dizajnu koji se odnosi na električna vozila i automobilsku rasvjetu.